Efficienti nell'uso: i trasduttori di forza S2M a forma di S

L'impiego dei trasduttori di alta precisione, ad esempio gli S2M della HBM, offre numerosi vantaggi. I sensori con classe di precisione 0,02 consentono la formazione di catene di misura della forza con elevate riserve meccaniche. Ed inoltre, i trasduttori possono essere usati flessibilmente per molteplici compiti di misura - un importante vantaggio economico.

I trasduttori di forza S2M a forma di S offrono la classe di precisione 0,02 e stabiliscono un nuovo standard nella propria categoria. Per poter ottenere tale alto livello di precisione, tutte le singole caratteristiche del trasduttore devono essere perfettamente accordate

Da cosa viene influenzata la precisione dei trasduttori di forza?

Nei trasduttori di forza ad estensimetri si distinguono i seguenti gruppi di errori:

  • Errori relativi al valore di fondo scala:
    Errori che generano uno specifico segnale di uscita indipendentemente dalla forza applicata, ad esempio l'effetto della temperatura sul punto zero (TCzero) o la non linearità.
  • Errori relativi al valore effettivo:
    Errori la cui entità è proporzionale alla forza applicata al momento della valutazione.

Il TCzero e la linearità sono spesso d'importanza vitale. Questi errori sono relativi al valore di fondo scala, cioè al segnale di uscita alla piena forza nominale. Tale incertezza di misura ha un valore specifico, indipendente da quanto sia alta la forza misurata.

Quando si effettuano misurazioni nella parte superiore del campo del sensore, cioè ad alti livelli di forza, l'errore relativo al valore di fondo scala non è critico, poiché la sua proporzione relativa è piccola in confronto all'alto segnale di uscita. La situazione è ben diversa quando si misurano piccole forze con il medesimo trasduttore. In questo caso, l'effetto di un errore relativo al valore di fondo scala è significativamente maggiore: infatti il valore è lo stesso, ma viene riferito ad una forza minore e la proporzione relativa aumenta.

La linearità e la dipendenza del punto zero dalla temperatura (TCzero) sono le maggiori fonti di errore relativi al fondo scala. Qualsiasi miglioramento di questi valori caratteristici consente al trasduttore di forza - presumendo dei requisiti di accuratezza dati - di essere impiegato per forze sempre più piccole: Gli errori relativi al valore di fondo scala determinano il campo di misura ammissibile del trasduttore di forza. Piccoli errori relativi al fondo scala estendono la possibilità di misurare in un campo di carico parziale. 

Gli errori riferiti al valore effettivo hanno sempre un effetto relativo alla forza correntemente misurata. Misurando piccole forze, l'influenza di queste grandezze di errore è pertanto alquanto bassa.

Campo di applicazione esteso coi trasduttori di forza di alta precisione

Gli utenti dei trasduttori di forza S2M a forma di S beneficiano di maggior precisione, perché: gli errori di linearità, gli errori di reversibilità relativa e le influenze della temperatura sono meno dello 0,02 % rispetto al valore di fondo scala. Ciò dimostra chiaramente che la HBM persegue lo standard di alta accuratezza sia coi prodotti selezionati che con quelli standard per impiego industriale, che offrano la corrispondente robusta struttura.

Quando il trasduttore viene usato al 5% della sua forza nominale, l'errore causato dalla non linearità e/o TCzero relativo alla forza applicata e solo dello 0,4%. Con queste proprietà, i trasduttori ad alta precisione aprono nuove opportunità di applicazione. Inoltre, essi consentono la misurazione di piccole forze, perché:

  • La catena di misura che opera in un campo di misura parziale aumenta la tolleranza da sovraccarico e migliora l'affidabilità. Sono comunque garantiti dei risultati di misura significativi.
  • Lo stesso trasduttore di forza può essere impiegato per diversi compiti di misura, grazie al minimo effetto della temperatura sul punto zero. Si possono applicare forze nominali più elevate senza doversi preoccupare che ci siano le adeguate caratteristiche dinamiche, ad esempio la sufficiente banda passante o la sufficiente rigidità - un enorme vantaggio economico. Questi parametri meccanici dipendono dalla forza nominale. I trasduttori di forza con forza nominale più elevata possiedono maggior rigidità e perciò frequenza di risonanza più alta. La relativa sollecitazione vibrazionale diminuisce quando si utilizzano modelli con campo di misura maggiore. 
SensibilitàTrasduttore di forza convenzionaleS2M [%]
Isteresi0,10,02
Non linearità0,050,02
TCzero0,050,02
TCS0,050,02
Scorrimento0,050,02

Tab. 1: Confronto dei fattori più importanti che influenzano l'incertezza di misura 

Forza da misurare Incertezza di misura dei trasduttori di forza convenzionali con forza nominale di  500 N  Incertezza di misura dello S2M/500 N 
150 N0,62 N = 0,41 %0,18 N = 0,12 %
20 N0,61 N = 3 %0,18 N = 0,9 %
5 N0,77 N = 12 %0,17 N = 3,4 %

Tab. 2: Calcolo dell'errore totale del trasduttore di forza S2M relativo al valore effettivo, confrontato con trasduttori convenzionali. (Campo di temperatura: 23 … 45 °C, valori espressi in % relativi alla forza misurata)

Produzione efficiente grazie alla precisione

I trasduttori di forza precisi come l'S2M influenzano positivamente sia i campi di applicazione, che si estendono, che l'efficienza dei processi di produzione, che sono illustrati in Fig. 1.

La forza da misurare per scopi di controllo qualità è mostrata sull'asse X. Il numero di pezzi prodotti è indicata sull'asse Y.

La dispersione dei pezzi prodotti è distribuita secondo la legge della campana Gaussiana. Le linee verdi indicanti le tolleranze ammissibili sono iscritte nel diagramma, e l'incertezza di misura della catena di misurazione della forza si può notare in rosso alla sinistra ed alla destra di questi limiti.

Per consentire la valutazione del processo si deve stimare la precisione di misura del trasduttore. Per implementare la valutazione buono/cattivo, i componenti possono essere valutati OK soltanto se essi risiedono entro il campo nominale (set-point) meno la tolleranza di misurazione - come mostrato dalle linee tratteggiate in blu nel diagramma. 

Risulta evidente che il numero di pezzi che rientrano nella tolleranza aumenta all'aumentare della precisione di misura. In altre parole: Il numero di pezzi da scartare dipende anche dall'accuratezza di misura della catena di misurazione della forza.

Fig. 1: Monitoraggio del processo di produzione con sistemi di misura della forza di alta e bassa precisione

Trasduttori di forza S2M

  • Per misurare forze statiche e dinamiche, in trazione e compressione
  • Alta precisione
  • Robusti ed affidabili 
  • Grado di protezione IP67 
  • Efficienti e salvacosti 
  • Campo nominale della forza: da 0…10 N a 0…1000 N

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